Лабораторная работа №1

Изучение основных характеристик лабораторных

радиоактивных источников и измерительных приборов.

Освоение 3-х режимов работы РКСБ.

После аварии на Чернобыльской атомной электростанции (АЭС) остро возник вопрос о доступности населению Белорусии правильной информации по состоянию радиационной обстановки на территории республики, по потенциальным последствиям аварии для населения, по дозиметрическим измерительным приборам и допустимым дозам радиационного воздействия на человека.

1. Основные характеристики лабораторных

радиоактивных источников.

Человек и окружающая его Среда состоят из атомов и молекул, которые, в свою очередь, состоят из ядер с линейными размерами порядка 10^15 м и более. Ядра, в свою очередь, состоят из нуклонов, протонов и нейтронов, которые внутри ядра за счет сильного короткодействующего силового поля образуют различные нуклонные ассоциации, нуклонные кластеры. Нуклонные кластеры внутри ядер нестабильны и характеризуются средним временем жизни .

Некоторые нуклонные кластеры с четным числом протонов и четным числом нейтронов могут существовать достаточно длительный период времени, чтобы осуществить туннельный выход за пределы материнского ядра, преодолев на его периферии кулоновский барьер электромагнитного силового взаимодействия нуклонов внутри ядра. Такая возможность реализуется у -частиц, состоящих из двух протонов и двух нейтронов и представляющих собой ядро химического элемента гелия. Таким образом мы наблюдаем -радиоактивность в некоторых нестабильных ядрах - редкоземельных и тяжелых. В качестве -радиоактивного источника мы имеем изотоп Am-241.

Нуклоны в ядре наряду с упорядоченным поведением во временных структурах нуклонных кластеров и нуклонные кластеры совершают хаотическое тепловое движение внутри материнского ядра. Интенсивность данного хаотического поведения нуклонов и нуклоных кластеров очень высока и характеризуется диапазоном температур порядка 10⁷10⁸ К. Хаотическое тепловое поведение нуклонов и нуклонных кластеров в условиях электромагнитного взаимодействия приводит к существованию для каждого химического элемента наряду со стабильными изотопами большого количества нестабильных изотопов, ядер с одинаковым числом протонов и различным числом нейтронов.

Для стабильных изотопов интенсивное сильное ядерное взаимодействие приводит к ядрам со сферически симметричной поверхностью. Для нестабильных изотопов наблюдается заметная деформация сферической поверхности ядер и некоторые периферийные нуклоны могут, за счет слабого силового взаимодействия, испытать -распад. Наблюдаемый для всех нестабильных изотопов -распад способствует смещению нестабильных материнских ядер область стабильных изотопов. В качестве представителей -радиоактивных ядер мы имеем изотопы , и .

Дочерние ядра Np-237, Ne-22, Ni-60 и Ba-137 характеризуются возбужденным состоянием нуклонов в поле действия сильного и электромагнитного силовых полей. Возбужденные состояния характеризуются дискретными значениями энергии и переход в основное энергетическое состояние сопровождается испусканием -квантов электромагнитного силового поля. Все имеющиеся у нас лабораторные радиоактивные источники ( , , , ) являются источниками -излучения. Соответствующие паспортные данные набора лабораторных радиоактивных источников по их радиоактивности сведены в таблицу I.

Радиоактивность а в кБк лабораторных источников Am-241,

Na-22, Co-60 и Cs-137 на период изготовления 1 июля 1992 г.

Таблица I.

?	Регист. №	А	Регист №	А	Регист №		А	Регист №	А
1	2188	3,52	2038	5,75	2185		7,38	14059	11.2
2	2189	3,33	2325	6,19	2318		7,82	14060	11,5
3	2190	3,46	2326	6,22	2319		8,11	14161	11,3
4	2313	3,44	2327	6,63	2320		7,63	14162	11,7
5	2314	3,54	2328	6,06	2321		7,82	14163	11,2
6	2315	3,35	2329	6,05	2322		8,00	14164	10,9
7	2316	3,43	2330	6,09	2323		7,97	14165	11,3
8	2317	3,33	2334	6,25	2324		7,90	14166	11,0

Радиоактивные ядра подразделяются на естественные и искусственные. Естественная радиоактивность была открыта Беккерелем в 1896 году. Исследования естественной радиоактивности были выполнены в 1898 году Марией и Пьером Кюри. Они выявили, что наиболее активным источником радиации является изотоп радия, .

Определенное количество, 1г. радия дающее 3*10⁷ распадов в 1с, и был взят в качестве единицы радиоактивности А нестабильных ядер, ([A]=1 Кюри = 1 Ku). В настоящее время за единицу радиоактивности в системе СИ принят 1 беккерель (1Бк), связанный с 1 Кu соотношением:

1 Ku= 3 10⁷ Бк (1)

Как уже отмечалось ранее радиоактивный распад ядер связан с хаотическим поведением нуклонов и нуклонных кластеров в ядрах. Это приводит к статистическому характеру радиоактивного распада и к статистическим характеристикам радиоактивности. Вероятность распада ядра в единицу времени , называется постоянной радиоактивного распада, т.к. она не зависит от времени. Число распавшихся радиоактивных ядер за интервал времени dt будет определяться соотношением :

dN =  *Ndt (2)

Решение данного уравнения при начальных условиях N(0)=N₀ приводит к основному закону радиоактивного распада ядер:

N(t)=N₀*e^-t = N₀*exp{-t} (3)

Выражение (3) описывает количество нераспавшихся ядер в момент времени t от начала временного расчета t=0. Всоответствии с (3) активность ядер А(t)= N(t)=А0-exp{-t} будет убывать экспоненциально со временем. Для характеристики радиоактивности ядер вводят также среднее время жизни _ , период полураспада Т_1/2, связанных с постоянной распада  соотношением:

=1; (4)

 Т_{1/2 =} ln 2 = 0.69 (5)

Искусственная радиоактивность ядер была открыта Фредериком и Ирен Жюлио-Кюри в 1934 году. Основным источником искусственных радиоактивных изотопов являются продукты деления основного ядерного топлива, ядер изотопов урана . В ядерных реакторах на тепловых нейтронах ядра изотопов поглощают тепловые нейтроны и образуют нестабильные изотопы урана с интенсивным хаотическим поведением нуклонов. В результате хаотического теплового движения нуклонов внутри материнского ядра, ,образуются различные нуклонные кластеры, наиболее стабильные из которых сосредотачиваются вблизи дочерних ядер марганца (Mn) и лантана (Lа).

Осколки деления, образующие широкий спектр изотопов вблизи марганца и лантана, ускоряясь под действием электромагнитного силового поля, перераспределяют между собой электронную оболочку материнского ядра и переходят в состояние радиоактивных продуктов деления. Ядерное топливо, отработав свои ресурсы, поступает на переработку и разделение изотопов. В настоящее время основное количество искусственных радиоактивных изотопов получают из переработки продуктов деления отработанного ядерного топлива.

Необходимые для научных исследований, медицины, промышленности и для учебных целей радиоактивные изотопы выделяются из отработанного ядерного топлива на химкомбинате ”Маяк” в 100 км от Челябинска. Химкомбинат ”Маяк” определяющий основу города “Челябинск-65” с населением около 80.000 человек- расположен на реке Теча вблизи озера Карачай.

В радиоактивном иле реки Теча даже за пределами загороженной и отселенной зоны показания дозиметра дают 1500 мкР/час, при естественном фоне 20 мкР/час и предельно допустимом уровне в 120 мкР/час, где Р - рентген. В реке купаются дети, на берегу пасется скот... В местной больнице отмечают рост врожденных уродств, рост раковых заболеваний... Химкомбинат ”Маяк”- это постоянно действующий более 40 лет Чернобыль.

Радиоактивные источники для различных применений поставляет российская фирма “Изотоп”. Активность поставляемых нам лабораторных источников в июле 1992 года измерена научно-исследовательским институтом метрологии им. Д.И. Менделеева. Заказы на лабораторные радиоактивные источники можно осуществлять через акционерное общество (АО) закрытого типа ИМЭКС в Санкт-Петербурге. Основные характеристики радиоактивных изотопов , , , сведены в таблицу II.